Elon Musk představil novou verzi rakety Starship, v následujících měsících bude vyrobena spousta exemplářů
Starship Mk1 a první stupeň Falconu 1 (Foto: SpaceX)
Čekání je u konce! Elon Musk v noci ze soboty na neděli veřejně představil aktualizovanou verzi raketového systému Starship, který v posledním roce prošel výraznými změnami. Místo uhlíkových kompozitů využívá nerezovou ocel, má jiný počet a rozmístění motorů Raptor a také má jinak řešené aerodynamické řidicí plochy. Musk během prezentace vysvětlil výhody oceli, ukázal nové obrázky finální podoby lodi Starship i nosiče Super Heavy, který je nově vybaven přistávacími nohami, a také nastínil agresivní plán výroby dalších exemplářů Starship a testovacích letů.
Přednáška se konala Boca Chica v Texasu, a to přesně 11 let po prvním úspěšném orbitálním startu SpaceX, který proběhl 29. 9. 2008 s Falconem 1. Poslední exemplář této malé rakety byl během Muskovy prezentace vystaven na pódiu a hezky ilustroval dechberoucí rozměry vedle stojícího prototypu Starship. Musk prototyp označil za tu nejinspirativnější věc, kterou kdy viděl.
Musk během prezentace zopakoval, že nejdůležitější vlastností nové rakety je její kompletní znovupoužitelnost. Cena za start je pak velmi nízká, protože při vysokém počtu misí se výrobní a provozní náklady rozloží a nejdražší položku pak představují pohonné látky. SpaceX o znovupoužitelnost usilovalo už od začátku, a tak i první stupeň Falconu 1 byl vybaven padákem. Musk si se smíchem vzpomněl na to, jak tehdy vinil výrobce padáku z toho, že se se stupněm nepodařilo přistát. Až zpětně si uvědomil, že záchrana rakety pomocí padáků je nevhodné řešení.
Rozměry Starship se od loňské prezentace, kdy se raketa ještě nazývala BFR, trochu změnily. Loď má stále průměr 9 metrů, avšak na výšku měří 50 metrů, což je o 5 metrů méně než dříve, a nosič Super Heavy je s 68 metry naopak o 5 metrů vyšší než loňské BFR. S celkovou výškou 118 metrů Starship překonává i legendární Saturn V a stane se tak největší raketou v historii. Na nízkou zemskou orbitu dokáže Starship vynést až 150 tun nákladu při plné znovupoužitelnosti.
První prototyp lodi zvaný Mk1 (Mark 1) má suchou hmotnost 200 tun, avšak další exempláře budou lehčí. Čtvrtý nebo pátý kus by už měl mít jen kolem 120 tun. Později by hmotnost mohla klesnout na 110 tun nebo dokonce ještě méně. Snížování hmotnosti je možné díky „exponenciálním zlepšením“ ve výrobě a konstrukci. Například trup lodi momentálně tvoří ocelové prstence, které jsou svařeny z menších dílů. V budoucnu ale budou tyto prstence tenčí a lehčí a budou vyrobeny z jednoho kusu oceli s jen jedním svarem. Díly odpovídající tomuto popisu jsou už nějakou dobu k vidění na floridském pracovišti v Cocoa, kde se aktuálně vyrábí druhý prototyp Starship. Mělo se za to, že tyto nové prstence jsou určeny pro první nosič Super Heavy, ale nejspíš budou použity pro další prototyp Starship, jak vysvětlím později.
Starship i Super Heavy jsou vyráběny z nerezové oceli typu 301, která má podle Elona Muska řadu výhod. Například je mnohonásobně levnější než původně plánované uhlíkové kompozity. Výroba tuny kompozitů stojí 130 tisíc dolarů (3 miliony korun), zatímco tuna nerezové oceli vyjde na pouhých 2500 dolarů (60 tisíc korun). V novém rozhovoru pro CNN Musk uvedl, že díky tomu celkové náklady na vývoj Starship dosáhnou jen asi 2–3 milard dolarů. Oproti tomu loni, kdy raketa ještě měla využívat uhlíkové kompozity, Musk odhadoval celkové náklady až na 10 miliard. Přechod na nerezovou ocel je podle Muska to nejlepší vývojové rozhodnutí, jaké kdy udělal, a kdyby se prý mohl vrátit v čase, zvolil by ocel už na začátku. Během prezentace se přiznal, že si ocel doslova zamiloval.
Další výhodou oceli je její odolnost vůči přírodním živlům a snadnost svařování, které lze provádět i pod širým nebem, což SpaceX demonstruje při výrobě prvních prototypů. Nerezová ocel je navíc skoro dvakrát pevnější při kryogenních teplotách a zároveň má bod tání 1500 °C. Oproti tomu původně plánované uhlíkové kompozity a slitina hliníku s lithiem, kterou používají Falcony, jsou sice lehčí, ale mají teplotu tání kolem 300–400 °C. Díky tomu Starship vůbec nepotřebuje tepelnou ochranu na závětrné straně, a i návětrná strana, která se při návratu do atmosféry rozpálí, si vystačí s tenčím tepelným štítem, jelikož ocel pod ním dokáže odolat vysokým teplotám.
Co se týče tepelného štítu, Musk ještě před prezentací vysvětlil, že původně plánované transpirační chlazení nakonec použito nebude a SpaceX místo toho vyvinulo levné znovupoužitelné dlaždice. Musk během prezentace upřesnil, že jde o lehké keramické dlaždice, které jsou odolné vůči prasklinám. Kombinace nerezové oceli a relativně tenkého tepelného štítu z dlaždic ve výsledku představuje znovupoužitelnou architekturu s nejnižší možnou hmotností, i když je ocel sama o sobě těžší než jiné alternativy.
Loď Starship bude při návratu z orbity vstupovat do atmosféry pod 60° úhlem a řízení budou zajišťovat čtyři samostatně naklopitelné aerodynamické plochy. Dvě menší se nacházejí na špičce a dvě velké na zádi. Plochy vytvářejí trochu vztlaku, což je důležité ve vysokých vrstvách atmosféry, kde loď potřebuje zůstat co nejdéle a aerodynamicky brzdit. Před přistáním se pak loď otočí do svislé polohy pomocí motorů Raptor a korekčních dusíkových trysek. Elon Musk pak vysvětlil, že toto není úplně ideální řešení, protože Raptory jsou moc silné, a tak loď přetočí až moc, což pak musejí opět vyrovnat (viz video níže). Loď tedy prý později dostane výkonnější metanové manévrovací trysky. Ty budou mít specifický impuls 300–350 sekund a palivo do nich bude vháněno pouze tlakem z nádrží. Současné trysky na stlačený dusík mají specifický impuls jen kolem 60 sekund. Výkonnější metanové trysky tedy umožní plynulejší otočení lodi před přistáním bez nutnosti spoléhat přitom na Raptory.
Zatím jsme se bavili jen o kosmické lodi Starship, avšak jak během prezentace potvrdil Elon Musk, loď bude pro cesty na zemskou orbitu potřebovat obří nosič Super Heavy. Ten také od poslední prezentace prošel několika změnami. Nejviditelnějším rozdílem je šest přistávacích nohou. Super Heavy měl původně přistávat přímo na rampě, takže nohy by nebyly potřeba, avšak z tohoto plánu prozatím sešlo.
Odlišný je také počet a rozmístění motorů Raptor na Super Heavy. Motorů nakonec bude až 37, avšak toto číslo není pevně dané a může být upravováno dle potřeby. Elon Musk nicméně uvedl, že Super Heavy nejspíš bude mít minimálně 24 Raptorů. Vyobrazené rozmístění 37 motorů zároveň potvrzuje dřívější informace od Muska. Podle nich motory na okraji mírně vyčnívají, nebudou se naklánět a budou tryskami napevno spojeny k sobě. A když bude raketa mít všech 37 Raptorů, 6 z nich bude umístěno pod aerodynamickými kryty přistávacích nohou.
Elon Musk také mluvil o sekvenci zážehů, které bude Super Heavy provádět při návratu zpět na Zemi po oddělení od lodi Starship. Pro zpětný zážeh prý bude použito všech sedm středových motorů, které jsou podle Muska schopny náklonu o 15 stupňů a raketu tak řídit. Musk doufá, že dokážou nosič navrhnout dostatačně bytelný, aby dokázal přečkat návrat do atmosféry i bez provedení zpomalovacího vstupního zážehu, který provádějí rakety Falcon. V takovém případě by si pak Super Heavy vystačil už jen s finálním přistávacím zážehem, což by ušetřilo palivo. Řízení nosiče před přistáním budou stejně jako v případě raket Falcon zajišťovat roštová kormidla. U Super Heavy však budou mít odlišný tvar.
Starship a Super Heavy můžete vidět v akci v oficiálním videu:
Starship will be the most powerful rocket in history, capable of carrying humans to the Moon, Mars, and beyond pic.twitter.com/LloN8AQdei
— SpaceX (@SpaceX) September 29, 2019
Starship i Super Heavy budou pohánět motory Raptor spalující metan a kapalný kyslík. Kosmická loď bude vybavena trojicí atmosférických motorů, které už jsou nainstalovány na prototypu, a dále ještě trojicí Raptorů optimalizovaných pro fungování ve vakuu. Atmosférické motory mají tah 200 tun (2 MN) a specifický impuls 330 sekund na hladině moře a 355 sekund ve vakuu. Vakuová varianta motorů bude mít tah 220 tun (2,2 MN) a specifický impuls 380 sekund ve vakuu.
SpaceX momentálně vyrábí 12. exemplář Raptoru a podle Muska firma dokáže dokončit jeden motor každých 8–10 dní. Výroba však zrychluje a v prvním čtvrtletí příštího roku by mělo být možné dosáhnout kadence jednoho dokončeného Raptoru denně. Musk zároveň ukázal parádní nové video zachycující dlouhý testovací zážeh Raptoru v areálu SpaceX v McGregoru:
Právě výroba Raptorů je podle Muska momentálně největší překážka stojící v cestě agresivního plánu testovacích letů prototypů Starship a Super Heavy, který Musk od boku nastřelil během prezentace. Pro orbitální testy je totiž potřeba Super Heavy vybavený alespoň dvěma tucty motorů, takže zvýšení rychlosti výroby Raptorů bude klíčové. Cílem je podle Muska vyrobit dvě Starship na každém z pracovišť SpaceX, tedy v Boca Chica v Texasu a v Cocoa na Floridě, a poté na každém z nich vyrobit alespoň jeden nosič Super Heavy. Floridský prototyp Starship (označovaný Mk2) má být hotový za pár měsíců, zatímco texaský prototyp Mk1 by podle Muska mohl vyletět do výšky 20 kilometrů už za 1–2 měsíce. Startovat bude ze stejné rampy jako nedávno Starhopper.
Elon Musk prohlásil, že SpaceX hodlá vyrábět exempláře Starship i Super Heavy na Floridě i v Texasu co nejrychleji to půjde. Starship Mk3 už bude vyráběna s použitím již zmíněných tenčích prstenců z jednoho kusu oceli a její výroba bude v Boca Chica zahájena už za měsíc. Hotová by přitom měla být už za tři měsíce, tedy ještě před koncem roku. Mk4 by pak prý mohla být dokončena 4–5 měsíců ode dneška. Musk odhaduje, že k dosažení orbity se Starship by mohlo dojít do půl roku. K tomu má být využita Starship Mk3, Mk4 nebo Mk5 (ty už budou vybaveny 6 Raptory). Musk si prý navíc dokáže představit lety s lidmi už příští rok, což ale mně osobně přijde opravdu hodně nepravděpodobné.
Loď Starship je pochopitelně schopná nejen letů na zemskou oběžnou dráhu, ale také na Měsíc či Mars. Tyto mise budou možné díky orbitálnímu tankování. Při něm se dvě Starship spojí záděmi a dojde k přečerpání pohonných hmot z jedné lodi do druhé. Tento manévr je podle Muska jednodušší než dokování Crew Dragonu s Mezinárodní vesmírnou stanicí, což SpaceX úspěšně demonstrovalo během březnové testovací mise. Na vývoji technologií pro orbitální tankování SpaceX spolupracuje s NASA. Dotankovaná Starship pak může na Mars dopravit přes 100 tun nákladu nebo až 100 lidí. Musk v novém rozhovoru pro Ars Technica odhadoval, že přistání na Měsíci by mohlo proběhnout do dvou let a první mise na Mars s nákladem v roce 2022. Přiznal však, že jde o velmi předběžné odhady, nikoli pevně daný plán.
Další důležitou technologií potřebnou pro delší mise Starship s posádkou je systém podpory života. Z dřívějška víme, že pro krátké mise, jako je například oblet Měsíce v rámci projektu dearMoon, SpaceX plánuje převzít systém vyvinutý pro loď Crew Dragon. Ten však není vhodný pro několikaměsíční cesty na Mars. Musk během prezentace připustil, že pro to bude potřeba regenerativní systém, avšak považuje to ve srovnání s vývojem Starship za relativně jednoduchý problém.
Během delších misí je také potřeba udržet palivo a okysličovadlo na patřičné teplotě. To je podle Muska jednodušší, než se může zdát. V podstatě stačí mít pohonné látky pro přistání v malých samostatných nádržích a kolem nich vypustit vzduch a vytvořit tak vakuum. Vyžaduje to jen velmi málo energie a vede to k jen velmi malým ztrátám, protože vakuum funguje jako dobrý izolant.
Starship má šest přistávacích nohou, které jsou na rozdíl od předchozí verze lodi z roku 2018 oddělené od stabilizačních ploch. Dvě nohy jsou na návětrné straně, dvě na závětrné straně a další dvě pod zadními stabilizačními plochami. Tato konfigurace podle Muska poskytuje redundanci pro přistání na neupraveném povrch, což bude pochopitelně velmi užitečné právě při misích na Měsíc či Mars.
Musk dále prohlásil, že kontaminace Marsu je nevyhnutelná, jakmile tam začnou létat lidé. Někdo se také zeptal, zda Tesla vyvíjí nějaké vozítko pro Mars nebo jestli tam SpaceX nepošle razicí stroj Boring Company. Na to Musk odpověděl, že elektromobily Tesla by na povrchu Marsu fungovaly už teď, jelikož na rozdíl od aut se spalovacími motory nepotřebují kyslík. Vyslání tunelovacího stroje na Mars je podle něj dobrý nápad.
Na závěr přikládám pár dalších poznatků z prezentace, které se jinam nevešly:
- SpaceX chce časem vybudovat u rampy zařízení pro výrobu pohonných látek pro Starship. Například k získání kyslíku stačí jen elektřina.
- SpaceX stále drtivou většinu prostředků využívá pro Falcony a Dragony. Jen asi 5 % zaměstnanců prý pracuje na Starship. Musk tímto reagoval na popíchnutí administrátora NASA Jima Bridenstina, který krátce před prezentací veřejně naznačil, že SpaceX by se místo Starship mělo více soustředit na Crew Dragon, který má několik let zpoždění. V rozhovoru pro CNN si pak Musk na oplátku udělal legraci ze zpoždění rakety SLS a vysvětlil, že v tomto oboru má všechno několik let zpoždění, takže to je relativní.
- Elon Musk má vlastní filozofii při vývoji: „Pokud výroba trvá moc dlouho, je to špatně navržené. Nejlepší součástka je žádná součástka. Nejlepší proces je žádný proces. Návrh by měl být zjednodušován, nikoli naopak.“
- Musk se před prezentací sešel s místními fanoušky, kteří v posledních měsících dokumentovali průběh prací v Boca Chica prostřednictvím fotografií a videí. Zároveň přiznal, že i on někdy sleduje fanouškovské webkamery, protože je to rychlejší než telefonát.
- Přechod na ocelový design proběhl teprve v říjnu 2018 a stavba prototypu začala až někdy během letošního jara, takže jeho dokončení pouhý rok po změně koncepce je podle mě úctyhodný výkon.
Záznam celé prezentace:
Podpořte projekt ElonX
wpDiscuz
